Галас И. В., Чернов Е. Ф., Ситняковский Ю. А.
ТЭЦ-23 АО Мосэнерго является первой электростанцией в России, применившей обратный осмос для обессоливания добавочной воды котлов.
В 1997 г. установка обратного осмоса (УОО) производительностью 50 м3/ч (УОО-50А) была введена в эксплуатацию в составе ХВО-1 химцеха ТЭЦ-23. Исходной водой данной ВПУ является вода Пироговского водохранилища, прошедшая коагуляцию в осветлителях оксихлоридом алюминия, с добавлением полиакриламида в качестве флокулянта.
Установки обратного осмоса для обессоливания воды работают сейчас и на других отечественных электростанциях:Нижнекамская ТЭЦ-1 (166 м3/ч, р. Кама), Воронежская ТЭЦ-1 (50 м3/ч, р. Воронеж), электростанция Магнитогорского металлургического комбината (90 м3/ч, р. Урал). Опытная отечественная установка обратного осмоса (50 м3/ч) начала действовать на Зуевской ЭТЭЦ в 1989 г. (р. Зуя).
За рубежом достаточно широко применяются УОО для получения питательной воды паровых котлов. Так, водоподготовка энергетического комплекса “STEAG” (Германия) выполнена на основе обратноосмотической установки производительностью 375 м3/ч (р. Зааль). В Венгрии на электростанции “Вертеш” работает УОО производительностью 50 м3/ч (оз. Бокоди), в Польше на электростанции “Zeran power station” действует УОО производительностью 700 м3/ч (морская вода). Имеются УОО на электростанциях Австрии, Италии, Испании и др. Наибольшее распространение в энергетике обратноосмотические установки получили в США. Здесь, кроме ряда тепловых электростанций, в штате Калифорния с 1992 г. работает атомная электростанция “Diablo Canon” (160 м3/ч, вода Тихого океана).
В схемах водоподготовки на электростанциях УОО применяются как более экологичные, экономичные и компактные по сравнению с традиционными ионитными схемами обессоливания воды.
Указанные преимущества обусловлены тем, что обессоливание воды в УОО происходит без применения регенерирующих реагентов, которые затем должны сбрасываться в виде солей через стоки водоподготовки.
Экономичность УОО определяется сокращенным расходом кислоты и щелочи при обессоливании воды, экономией исходной воды и электроэнергии, а также компактностью УОО.
Кроме того, применение в УОО современных низконапорных композитных мембран позволяет снизить давление исходной воды для слабосоленых вод до 6 - 7 кгс/см2 и соответственно сократить массу основного оборудования УОО, уменьшить энергозатраты (снижение рабочего давления воды) и площади для размещения УОО по сравнению с УОО предыдущих поколений.
Обеспечение УОО практически полного удаления органических примесей снимает дискутируемые в настоящее время проблемы с термическим разложением “органики” в пароводяном цикле электростанции. В отличие от ионного обмена и испарителей УОО удаляет весь спектр органических примесей.
Обратноосмотические мембраны не могут полностью обессолить воду. Способность задерживать какое-либо вещество мембранами (селективность) выражается величиной R
(1)
где Сп - концентрация вещества в пермеате (фильтрате); С0 - концентрация вещества в исходной воде.
Для достижения глубокого (практически полного) обессоливания воды, например, для питания паровых котлов СВД и СКД, необходимо после УОО производить дообессоливание воды на ионитных фильтрах. Однако основное количество солей из исходной воды устраняется на УОО, поэтому солевая нагрузка ионитных фильтров уменьшается во много раз.
Рис. 1. Схема мембранного отделения чистой воды из раствора солей
Рис. 2. Схема отвода растворенных веществ от поверхности обратноосмотической мембраны
Принцип обратноосмотического фильтрования заключается в следующем. На рис. 1 показана схема мембранного отделения чистой воды из раствора солей.
Мембрана проницаема для растворителя (воды) и непроницаема для растворенного вещества (соли). Если осмотическое давление Δπ чистой воды выше внешнего давления АР, то поток воды будет направлен из чистой воды (растворителя) в концентрированный раствор, содержащий соли. Поток будет продолжаться до тех пор, пока осмотические давления Δπ с обеих сторон мембраны не уравняются, как показано на графике рис. 1. Это явление называется осмосом.
Если приложенное внешнее давление АР выше осмотического Δπ, то поток воды Jw будет направлен в обратную сторону, т.е. из концентрированного раствора молекулы чистой воды будут проходить через мембрану в сторону растворителя. Это явление носит название обратный осмос или гиперфильтрация. Таким образом процесс обратного осмоса позволяет обессоливать растворы.
Водный поток через мембрану выражается уравнением
(2)
где А - коэффициент водопроницаемости мембраны (коэффициент гидродинамической проницаемости). Коэффициент А является константой для данной мембраны; АР - внешнее приложенное давление; Δπ - осмотическое давление растворителя.
В процессе фильтрования параметры АР и Δπ воды, движущейся вдоль мембраны, постоянно изменяются, и, следовательно изменяется Jw.
Обратный осмос качественно отличается от известного в водоподготовке и химии процесса фильтрования.
При обычном процессе фильтрования задерживаемые частицы остаются в фильтрующей загрузке, а затем удаляются из нее обратной промывкой.
При обратноосмотическом обессоливании воды обеспечивается постоянный отвод растворенных веществ от поверхности обратноосмотической мембраны, как показано на рис. 2.
В конструкциях обратноосмотических установок обязательно учитываются эти особенности фильтрования через обратноосмотические мембраны.
